Question

15．如圖所示為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，鉤碼總重6N．
（1）實驗時要豎直向上拉動彈簧測力計，由圖可知拉力大小為2.4 N，若鉤碼上升的高度為8cm，則彈簧測力計向上移動24 cm，該滑輪組的機械效率為83.3%．
（2）若靜止時讀取彈簧測力計的示數，所測滑輪組的機械效率將偏大（選填“偏大”，“偏小”或“不變”）
（3）若僅增加鉤碼的個數，該滑輪組有機械效率將增大．（選填：“增大”、“減小”或“不變”）
（4）若將此滑輪組換一種繞繩方法，不計摩擦及繩重，提升相同的物體時，滑輪組的機械效率不變（選填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）由圖中滑輪組的結構可知承擔物重的繩子股數n=3，重物上升h，則拉力端移動的距離s=3h，讀出彈簧測力計的示數即拉力大小；
根據W_有用=Gh可求得有用功，根據W_總=Fs可求得總功；然后再根據機械效率的公式求滑輪組的機械效率．（2）用滑輪組提升物體時，要克服動滑輪重力及一些摩擦力做額外功，若拉動繩端靜止，則此時測量的額外功偏小，機械效率偏高；
（3）要掌握影響機械效率的因素，知道物體的重力越大，滑輪組的機械效率越高；
（4）在不計摩擦及繩重情況下，有用功就是提升重物所做的功，額外功就是提升動滑輪所做的功，由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Gh{+G}_{動}h}$=$\frac{G}{G{+G}_{動}}$進行分析．

解答 解：（1）由圖可知，n=3，彈簧測力計的分度值為0.2N，示數F=2.4N，
設物體被提升的高度為h，
拉力端移動的距離：
s=3h=3×8cm=24cm；
當提升G=6N的物體時，
W_有用=Gh=6N×0.08m=0.48J，
W_總=Fs=F×s=2.4N×0.24m=0.576J，
滑輪組的機械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.48J}{0.576J}$×100%≈83.3%．
（2）若在用彈簧測力計靜止時進行讀數，則減小了一部分由于摩擦造成的額外功，因此得出的機械效率與實際值相比偏高；
（3）若增加物體的重，則所做的有用功增大，而額外功不變，所以有用功在總功所占的比例增大，所以滑輪組的機械效率增大．
4）若將此滑輪組換一種繞繩方法，動滑輪的重不變，不計摩擦及繩重，額定功的唯一來源是克服動滑輪的自重做的，W_額外=G_動h，W_有用=Gh，W_總=W_額外+W_有用
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Gh{+G}_{動}h}$=$\frac{G}{G{+G}_{動}}$可知，提升相同的物體時，滑輪組的機械效率不變．
故答案為：（1）2.4；24；83.3%；  （2）偏大；（3）增大；（4）不變．

點評 本題測量滑輪組機械效率，考查測力計讀數、效率的計算影響機械效率的因素．